Sicherheit versteckte Gefahr und Sicherheitsdesign des Lithium-Ionen-Akkus

Sicherheitsrisiken für Lithium-Ionen-Batterien:

Die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien hängt nicht nur von den Eigenschaften des Poolmaterials ab, sondern auch von der Technologie der Batterievorbereitung und -verwendung. Die häufige Explosion von Handybatterien ist auf den Ausfall der Schutzschaltung zurückzuführen, aber was noch wichtiger ist, es gibt keine grundlegende Lösung für das Problem in Bezug auf Materialien.

Das aktive Material der positiven Lithiumkobaltsäure-Kathode ist in Bezug auf kleine Kerne ein sehr ausgereiftes System, aber nach vollständiger Ladung verbleibt immer noch eine große Anzahl von Lithiumionen am positiven Pol. Bei Überladung strömen am positiven Pol verbleibende Lithiumionen zum negativen Pol. Die Bildung von Dendriten auf der negativen Elektrode ist eine unvermeidliche Folge der Überladung von Batterien mit Lithium-Cobalt-Säure-Materialien. Selbst während des normalen Lade- und Entladevorgangs können überschüssige Lithiumionen frei von der negativen Elektrode sein, um Dendriten zu bilden. Die theoretische Energie von Lithiumkobaltsäurematerial beträgt mehr als 270 mA pro Gramm. Um jedoch die Recyclingleistung sicherzustellen, beträgt die tatsächliche Nutzungskapazität nur die Hälfte der theoretischen Kapazität. Während des Gebrauchs ist aus irgendeinem Grund (wie z. B. einer Beschädigung des Managementsystems) die Batterieladespannung zu hoch, und der verbleibende Teil des Lithiums in der positiven Elektrode wird entfernt und als Metalllithium über den Elektrolyten zum negativen abgelagert Elektrodenoberfläche zur Bildung von Dendriten. Das Dendritikum perforiert die Membran und bildet einen internen Kurzschluss.

Der Hauptbestandteil des Elektrolyten ist Carbonat. Der Flammpunkt ist sehr niedrig und der Siedepunkt ist ebenfalls niedrig. Es wird unter bestimmten Bedingungen brennen oder sogar explodieren. Wenn die Batterie überhitzt ist, wird das Carbonat im Elektrolyten oxidiert und reduziert, was zu einer großen Menge Gas und mehr Wärme führt. Wenn beispielsweise das Sicherheitsventil fehlt oder das Gas zu spät ist, um durch das Sicherheitsventil abgelassen zu werden, steigt der Innendruck der Batterie stark an und verursacht eine Explosion.

Polymerelektrolyt-Lithium-Ionen-Batterien lösen das Sicherheitsproblem nicht grundlegend. Lithiumkobaltsäure und organische Elektrolyte werden ebenfalls verwendet, und die Elektrolyte sind kolloidal und neigen nicht zum Auslaufen. Es kommt zu einer heftigeren Verbrennung. Verbrennung ist die Sicherheit von Polymerbatterien. Das größte Problem.

Es gibt auch einige Probleme bei der Verwendung. Ein externer Kurzschluss oder ein interner Kurzschluss der Batterie erzeugt Hunderte von Ampere übermäßigen Stroms. Wenn die Batterie kurzgeschlossen wird, entlädt die Batterie sofort eine große Menge Strom, der viel Energie verbraucht und viel Wärme erzeugt. Der interne Kurzschluss bildet einen großen Strom, und die Temperatur steigt an, wodurch die Membran schmilzt und sich der Kurzschlussbereich ausdehnt, wodurch ein Teufelskreis gebildet wird.

Um eine hohe Betriebsspannung von 3 bis 4,2 V eines einzelnen Kerns zu erreichen, muss eine Lithium-Ionen-Batterie einen organischen Elektrolyten mit einer Zersetzungsspannung von mehr als 2 V annehmen, und ein organischer Elektrolyt wird unter hohem Strom und hoher Temperatur elektrolysiert Bedingungen zur Elektrolyse zur Erzeugung von Gas. Bewirkt, dass der Innendruck zunimmt und die Schale ernsthaft durchbricht.

Eine Überladung kann metallisches Lithium ausfällen. Im Falle eines Bruchs der Hülle führt ein direkter Kontakt mit der Luft zur Verbrennung, während beim Zünden des Elektrolyten eine starke Flamme auftritt und sich das Gas schnell ausdehnt und explodiert.

Darüber hinaus führen lithium-ionen-akkus von Mobiltelefonen aufgrund unsachgemäßer Verwendung wie Extrusion, Aufprall und Wasseraufnahme, was zu Batterieexpansion, Verformung und Rissbildung usw. führt, zu Kurzschlussbatterien während des Entladens oder Ladens Prozesswärmeexplosion.

Sicherheitsdesign für Lithium-Ionen-Batterien:

Lithium-Ionen-Batterien verfügen über einen dreifachen Schutzmechanismus in einer einzelnen Lithium-Ionen-Batterie, um eine Überentladung oder Überladung der Batterie aufgrund unsachgemäßer Verwendung zu vermeiden. Eine ist die Verwendung von Schaltkomponenten. Wenn die Temperatur in der Batterie steigt, steigt ihr Widerstand. Wenn die Temperatur zu hoch ist, wird die Stromversorgung automatisch unterbrochen. Die zweite besteht darin, ein geeignetes Trennmaterial auszuwählen. Wenn die Temperatur auf einen bestimmten Wert ansteigt, lösen sich die Mikrometer-Mikrolöcher in der Trennwand automatisch auf, so dass Lithiumionen nicht passieren können und die interne Reaktion der Batterie stoppt. Das dritte besteht darin, ein Sicherheitsventil einzurichten (dh das Luftaustrittsloch oben an der Batterie). Wenn der Innendruck der Batterie auf einen bestimmten Wert ansteigt, öffnet sich das Sicherheitsventil automatisch, um die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten.

Manchmal, obwohl die Batterie selbst Sicherheitskontrollmaßnahmen hat, steigt der Innendruck der Batterie aus bestimmten Gründen, der Kontrollfehler, das Fehlen eines Sicherheitsventils oder das Gas kann nicht durch das Sicherheitsventil abgegeben werden, stark an und verursacht eine Explosion.

Unter normalen Umständen ist die in Lithium-Ionen-Batterien gespeicherte Gesamtenergie umgekehrt proportional zu ihrer Sicherheit. Mit zunehmender Batteriekapazität nimmt auch das Batterievolumen zu, und seine Wärmeableitungsleistung verschlechtert sich, und die Wahrscheinlichkeit eines Unfalls wird erheblich zunehmen. Bei Lithium-Ionen-Batterien für Mobiltelefone ist die Grundvoraussetzung, dass die Wahrscheinlichkeit eines Sicherheitsunfalls weniger als ein Millionstel beträgt. Dies ist der niedrigste Standard, den die Öffentlichkeit akzeptieren kann. Für Lithium-Ionen-Batterien mit großer Kapazität, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien mit großer Kapazität, wie z. B. Automobile, ist es besonders wichtig, eine erzwungene Wärmeableitung zu verwenden.

Durch Auswahl eines sichereren Elektrodenmaterials und Auswahl von Lithiummanganatmaterial wird sichergestellt, dass das Lithiumion der positiven Elektrode vollständig in das Kohlenstoffloch der negativen Elektrode in der Molekülstruktur eingebettet ist, wodurch die Bildung von Dendriten grundsätzlich vermieden wird. Gleichzeitig ist seine Oxidationsleistung aufgrund der stabilen Struktur von Lithiummanganat weitaus geringer als die von Lithiumcobaltat. Die Zersetzungstemperatur übersteigt 100 ° C Lithiumcobaltat. Selbst wenn ein interner Kurzschluss (Akupunktur) aufgrund äußerer Kraft, externer Kurzschluss oder Überladung vorliegt, ist er voll funktionsfähig. Die Gefahr von Verbrennungen und Explosionen durch Ausfällung von metallischem Lithium wird vermieden.

Darüber hinaus kann die Verwendung von Lithiummangansäurematerialien die Kosten erheblich senken.

Um die Leistung der vorhandenen Sicherheitssteuerungstechnologie zu verbessern, muss die Sicherheitsleistung des Lithium-Ionen-Batteriekerns verbessert werden, was besonders für Batterien mit großer Kapazität wichtig ist. Wählen Sie eine Membran mit guter Wärmeschließleistung. Die Aufgabe der Membran besteht darin, die positiven und negativen Pole der Batterie zu trennen und gleichzeitig den Durchgang von Lithiumionen zu ermöglichen. Wenn die Temperatur steigt, wird sie geschlossen, bevor die Membran schmilzt, so dass der Innenwiderstand auf 2000 um steigt und die innere Reaktion stoppt.

Wenn der Innendruck oder die Innentemperatur den voreingestellten Standard erreicht, öffnet sich das Druckventil und beginnt sich zu entladen, um die Ansammlung von zu viel innerem Gas und Verformungen zu verhindern, die schließlich zum Platzen der Hülle führen.

Verbesserte Steuerempfindlichkeit, empfindlichere Auswahl von Steuerparametern und gemeinsame Steuerung mit mehreren Parametern (dies ist besonders wichtig für Batterien mit großer Kapazität). Bei Lithium-Ionen-Batterien mit großer Kapazität, die beispielsweise aus mehreren Reihen / Parallel-Kernen bestehen, beträgt die Spannung eines Notebooks mehr als 10 V und die Kapazität ist groß. Im Allgemeinen können 3 bis 4 einzelne Zellen in Reihe verwendet werden, um die Spannungsanforderungen zu erfüllen. Dann werden zwei bis drei Serienbatterien parallel geschaltet, um eine größere Kapazität sicherzustellen.

Der Akku mit großer Kapazität selbst muss mit einer relativ vollständigen Schutzfunktion ausgestattet sein. Es sollten auch zwei Schaltungssubstratmodule berücksichtigt werden: das Protection Framework PCB-Modul und das SmartBatteryGaugeBoard-Modul. Das Batterieschutzdesign des gesamten Sets umfasst: Schutz-IC der Stufe 1 (um ein Überladen der Batterie, Überladung, Kurzschluss zu verhindern), Schutz-IC der Stufe 2 (um einen zweiten Überdruck zu verhindern), Sicherung, LED-Anzeige, Temperatureinstellung und andere Komponenten.

Unter dem mehrstufigen Schutzmechanismus kann der Laptop-Akku auch bei abnormalen Ladegeräten und Laptops nur in den automatischen Schutzzustand geschaltet werden. Wenn die Situation nicht ernst ist, funktioniert sie nach dem erneuten Einstecken weiterhin normal. Eine Explosion wird auftreten.

Gegenwärtig ist die zugrunde liegende Technologie für Lithium-Ionen-Batterien, die in Laptops und Mobiltelefonen verwendet werden, unsicher und muss sicherere Strukturen berücksichtigen.

Kurz gesagt, die Zukunft von Lithium-Ionen-Batterien wird mit der Weiterentwicklung der Materialtechnologie und dem zunehmenden Verständnis der Anforderungen für die Entwicklung, Herstellung, Prüfung und Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien sicherer.

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